JPH02500853A - 過給内燃機関の補助燃焼チャンバの改良と、この補助チャンバを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 過給内燃機関の補助燃料チャンバの改良と、この補助チャンバを備えた内燃機関 本発明は、先ず、ターボコンプレッサで過給される内燃機関の補助燃焼チャンバ に関するものである。このターボコンプレッサのコンプレッサの空気排出口は、 内燃機関の動作燃焼室の吸気口と流路の断面積を変化させるスロットル手段を備 えたバイパスパイプとに連通しており、また、そのタービンのガス取入口は、前 記動作燃焼室の排気口と前記バイパスパイプの前記スロットル手段より下流側と に連通している。また、上記燃焼チャンバは、 上記バイパスパイプに連結された第１のキャビティと連通し且つフレームチュー ブとチャンバ内端部材とで構成された１次燃焼ゾーンと、 前記１次ゾーンの下流側に位置し、動作燃焼室の排気口と連結された第２のキャ ビティと連通し且つガス排出口がタービンのガス取入口と連通している２次希釈 ゾーンと、チャンバ内端部材に設けられ且つ前記１次燃焼ゾーンに向かって開口 している加圧された燃料取入口と、この燃料取入口から導入された燃料へ点火す る点火手段とを備えている。

このような補助燃焼チャンバは、例えば、フランス国特許第２、２６５．９７９ 号に開示されている。

本発明の目的は、特に、上記形式の補助燃焼チャンバがどのような作動レンジに あった場合でも、上記１次ゾーンで燃焼を容易に燃料でき、過熱が起きないよう に補助燃焼チャンバ中に導入される燃焼空気の流れを調整することによって補助 燃焼チャンバの各部を保護し、しかも、煤やコークスの堆積を抑制することにあ る。

これらの目的を達成するために、本発明の補助燃焼チャンバでは、前記形式の補 助燃焼チャンバの１次燃焼ゾーンを一つの軸線を中心とした回転体の形にし、 上記１次燃焼ゾーンを、上記軸線と同軸に配置された円筒形および／または円錐 台形の平滑なフレームチューブとチャンバ内端部材（チャンバ底）とによって区 画し、この１次燃焼ゾーンと上記第１のキャビティとを連通しているこのフレー ムチューブの空気孔の断面積を小さくし、 上記チャンバ内端部材を前記軸線と平行な方向に可動にし、１次燃焼ゾーンと第 １のキャビティとを別けている上記フレームチューブと一体な固定シート（弁座 ）と、このチャンバ内端部材とによって、流路断面積が可変である上記スロット ル手段（３１）を構成し、 上記チャンバ内端部材をバランスピストンと一体のスリーブで構成し、このバラ ンピストンとスリー、ブとを前記軸線と同軸に配置し、バランスピストンを第１ のキャビティの壁に固定された円筒ベアリング部中で摺動可能に支持し、上記の 加圧された燃料の取入口が、前記スリーブ内で１次燃焼ゾーンの方向に、個別に 、または、−〇〇の共通な開口部を介して、開口している少なくとも１個のノズ ルによって構成されている。複数のノズルの場合には、各ノズルを上記軸線に垂 直な平面に等間隔に配置する。

本発明の燃焼チャンバの第１の利点は、空気の節約にある。

実際に、新しい燃焼空気の全ては、このチャンバ内端部材を通して導かれる。こ の新しい空気は、フレームチューブを冷却する。その結果、オリフィスを完全に 無くすことはできないが、外側から小さいオリフィスを介して導入した空気流で フレームチューブを冷却すること（「フィルム冷却」法または多孔壁法ミクロポ ーラス法）が不要になる。

本発明による補助燃焼チャンバの第２の利点は、フレームチューブが技術的に単 純な構造をしている点にある。すなわち、本発明の補助燃焼チャンバではフレー ムチューブが単純な平滑チューブであり、燃焼空気、より一般には、冷却空気用 の小孔がない。このように技術的に単純な構造にすることによって得られるメリ ットは２つある。一つのは生産がかなり単純化できること（コストが削減でき、 このチューブを簡単な鋳造部品、セラミック部品等で構成することができる）で あり、他の一つのは、材料が均一に加熱らられることである（これに対して、従 来の形式のチャンバでは、熱応力が小孔に集中し、その結果クランクの危険およ び／または変形の危険があった）。

第３の利点は、燃焼空気の測定が容易になることにある。この空気はチャンバ内 端部材、すなわち、補助燃焼チャンバの温度の低い部分から導入されるため、こ の空気を機械的に測定することが容易になる。

第４の利点は、１次燃焼ゾーンの内側の壁を換気することができる点にある。実 際、特定の構造を有するチャンバ内端部材とフレームチューブの内側の壁は燃焼 空気によって掃気されるため、これらの部材は完全に換気され、よく冷却され、 しかも煤やコークスの堆積が抑制される。

本発明の第１の改良によれば、前記スロットル手段を通過する空気の流れが、前 記軸の周りの回転を全く受けず、従って、この回転の遠心力の影響でこの空気の 流れに混合された燃料を外側に放出してしまうことがないよう構造を補助燃焼チ ャンバが有している。

その結果、燃料のほぼ全量が補助燃焼チャンバで燃焼され、従って、燃料が節約 されるとともに排気ガスの浄化度が向上する。

好ましい構造では、上記ノズルはスリーブ内にほぼ放射状に形成されおり、スリ ーブの後縁部近傍、さらに好ましくはスリーブが固定シート当接する部分の上流 側で開口している。この構成の有利な点は、スリーブの外周に燃料が均一に分配 されることによって、燃料が空気とよく混合される点にある。すなわち、ノズル をシートの近傍で開口させると、燃焼空気の速度が最高になるため、よく混合さ れた混合気が得られる。シートの下流側に開口部を設けた場合には、ノズルに燃 料を導く流路を第１のキャビティに連通させるオリフィスを設けることによって 、燃料の供給が止まった際にノズルが自動的に浄化される。

前記バランスピストンは、円筒形の固定キャビティ中を摺動する液圧ピストンと 共同作動させるのが好ましい。この円筒形キャビティは、可変燃圧発生手段と可 変ジェットとを介して上記ノズルに連通されている。この可変ジェットは、ニー ドルおよびオリフィスと呼ばれる２個の要素が共同することによって構成される 。これらのニードルおよびオリフィスは、片方が液圧ピストンに固定され、もう 片方が上記の円筒形の固定キャビティに固定され、上記の流路断面積を変えるス ロットル手段と同じ方向に可変ジェットの流路断面積が変化するようになってい る。

上記の構造にすることによって以下の効果が得られる。先ず燃焼空気の流れの調 整と燃料の流れの調整とが同時に実行される、従って、調整の遅れに起因する位 相のズレが無くなり、常に正しい空燃比が実現される。

小径の液圧ピストンによってスリーブ（これには空気圧が加わる）を平衡させる ことができるため、常に空気圧（Ｐ）よりも高い燃圧（ＰＣ２）を使用すること ができる。従って、可変ジェットとノズルとの間の圧力差によって、常に燃料を 噴射させることが可能になる。

さらに、液圧制御することにより、可動部品を冷却し、潤滑することが可能とな る。

液圧ピストンを備えた上記構成の改良例では、液圧ピストンが少なくとも１個の 凹部を有し、この凹部によって、可変燃圧下にある円筒形の固定キャビティを、 この可変燃圧の最低値よりも低い圧力に保たれている排出キャビティとが連通さ れている。この場合、円筒形の固定キャビティと排出キャビティとは可動ピスト ンが可変ジェットが全開になる方向の予め決められた位置を越えたときに、連通 ずるようになっている。

このように改良して得られる効果は重要であり、簡単な方法で流体弁が作られて いる。すなわち、補助燃焼チャンバが急に高いレンジにれれた場合、この圧力調 整装置が可変燃圧（ＰＣ２）を最大にするように付勢される。その結果、液圧ピ ストンに加わる作用によって、チャンバを全開位置にするように作動する。可変 ジェットが全開になり、しかも、噴射される燃料に加わる圧力差が最大に達する ため、噴射される燃料の流れも最大になる。しかし、ターボコンプレッサには慣 性があるため、空気圧（Ｐ）が正しい値になるまでには時間がかかる。その結果 、空燃比が不十分となり、従って、補助燃焼チャンバおよびタービンが瞬間的に 過熱状態となることがある。炎が延びて少なくともタービンの一部を破壊する危 険性、または空気が不十分なために炎が消える危険性がある。前記の凹部はこれ らの望ましくない現象を防ぐか、または制限する役目をする。以下、この点につ いて詳細に説明する。

第１の解決法は、バランスピストンを液圧ピストンに剛体結合し、バイパスバイ ブを２つの支線に分岐することである。これらの支線のうちの第１の支線は、コ ンプレッサの空気排出口を補助燃焼チャンバの１次ゾーンの第１供給キヤビテイ に連通し、第２の支線は、コンプレッサの空気排出口を補助燃焼チャンバの２次 希釈ゾーンの第２供給キヤビテイに連通している。

この第２の支線は、第２キヤビテイの上流側と連通し且つ機関の動作燃焼室の排 気口の上流側に設けられた流路断面積が可変な第２のスロットル手段を備えてい る。この第２のスロットル手段は、これにより生じる差圧ΔＰが、空気圧Ｐと同 方向に変化するように、より正確には、フランス国特許ｊ！２．１７９．３１０ 　号、第２．２２２．５３７号および第２．３０８．７９２号に開示されている 如く、圧力Ｐと基準圧力Ｐ０との差に比例して変化するように構成されているの が好ましい。

この第１の解決法の利点は、上記の差圧ΔＰを内燃機関の回転数、従って、バイ パスバイブを流れる空気流とは独立して、補助燃焼チャンバの状態とは無関係に 調整することができる点にある。

第２の解決法は、バランスピストンを液圧ピストンに結合しないで、円筒形の固 定ベアリング面中に、スロットル手段が開く方向には自由に摺動できるように、 支持することである。この場合には、スロットル手段が閉じる方向に動かされた ときには、液圧ピストンと一体な当接部と当接することによって、液圧ピストン と一緒に移動する。さらに、バランスピストンのスリーブと反対側は、円筒形の 固定ベアリング面と共に、はぼ基準圧力にあるキャビティを形成する。このキャ ビティはほぼ空気圧下にある第１のキャビティとは分離されていて、バランスピ ストンが液圧ピストンと一体な当接部を押していない場合には、流路断面積が可 変な上記スロットル手段によって発生される上記差圧ΔＰが空気圧と基準圧との 間の差に比例するようになっている。

この第２の解決法の利点は、第１および第２のスロットル手段を結合して単一の 装置とすることによって、これらの機能を統合することがでのるという点にある 。従って、この方法ではより簡単且つより安価にアッセンブルすることができる 。

本発明は、さらに、上記の特徴を有する補助燃焼チャンバを具備した内燃機関に 関するもの、である。

本発明の上記以外の特徴と長所は、添付図面を参照した以下の説明から明瞭にな るであろう。

第１図は、本発明に従って設けられた補助燃焼チャンバを具備する過給内燃機関 の概略図である。゛第２図は、本発明に従う補助燃焼チャンバの軸断面の一部を 拡大したものの概略図である。

第３図は、第２図の補助燃焼チャンバ内端部材をさらに拡大したものおよびこの チャンバに燃料を供給する手段の軸線方向の断面の概略図である。

第４図は、第３図の補助燃焼チャンバを具備する過給機関の詳細図である。

第５図は、第４図の機関の変更したものの図である。

第６図は、第４図の実施例または第５図の変更例で用いられている基準圧力を作 り出すための手段を示す図である。

第７図は、本発明の補助燃焼チャンバにさらに改良を加えたものを示す図である 。

第８図は、補助燃焼チャンバ内端部材を構成するスリーブの変更例の一部軸断面 の概略図である。

第９図は、補助燃焼チャンバの燃料供給オリフィスの排出口の変更例を拡大した ものの軸断面図である。

第１０図は、第９図に垂直な面における第９図の細部を示す図である。

第１１図は、他の変更例を示す図である。

本発明は、第１図に示す一般的な形式のターボコンプレッサ３６によって過給さ れる内燃機関３５の補助燃焼チャンバ２４に関する。機関３５は、特に、圧縮ま たは火花により点火が制御される機関であればよい。この第１図に示すように、 コンプレッサ３８の空気排出口３７は、機関３５の動作燃焼室２５の吸気口３９ およびバイパスパイプ３０に連通している。一般に、各動作燃焼室２５は、シリ ンダ内のピストンで形成される。タービン４１のガス取入口４０は、動作燃焼室 ２５の排気口４２およびバイパスパイプ３０に連通している。コンプレッサ３８ と、一般的にはシャフト４３を介して、それを機械的に駆動するタービン４１で ターボコンプレッサ３６が構成され、それは、１段（図示されているよう）多く とも２段である。吸入空気クーラ４４が動作燃焼室２５の吸入口３９の上流側に 配置されている。バイパスパイプ３０には、流路断面積を変えるスロットル手段 ３１が備えられる。

補助燃焼チャンバ２４は、１次燃焼ゾーン１およびその下流側に２次希釈ゾーン ５を具備する。フレームチューブ２およびチャンバ内端部材３で構成される１次 ゾーン１は、バイパスパイプ３０と連通した第１のキャビティ４と、少なくとも １個の流路６で連通している。第１図および第４図の実施例に従うと、２次希釈 ゾーン５は、１次ゾーンの下流側に位置し、動作燃焼室２５の排気口４２と連通 した第２のキャビティ７と、ポート２２とを介してバイパスパイプ３０に通じて いる。ポート２２は、フレームチューブ２に続く希釈チューブ６５に設けられて いる。２次ゾーン５のガス排出口８は、タービン４１のガス取入口４０に連通し ている。

第１１図に示した変更例では、希釈ゾーンは、機関３５の排気マニホールド７４ で構成されている。希釈チューブ６５は、複数の円錐部材７３に置き換えられて いる。ポート２２は、この場合、同心の流路になっている。恐らく好ましくはな いが、円錐部材７３は絶対必要というわけではない。そのため一点鎖線で描かれ ている。

チャンバ内端部材３に設けられている加圧された燃料の吸入口９は、１次ゾーン １に開口している。最後に、補助燃焼チャンバ２４は、吸入口９から導入される 燃料の点火手段を具備する。

これは、第１図には示されてなく、第７図に参照番号５２として表されている。

本発明に従うと、第２図に概略が表されているように、１次ゾーン１は、軸線ｘ −ｘ’を中心とした回転体の形をしており、フレームチューブ２とチャンバ内端 部材（チャンバ底）３とで構成されている。

フレームチューブ２′は、軸線ｘ−ｘ’　と同軸且つ平滑な円筒形および／また は円錐台形をしており、その１次燃焼ゾーンと第１のキャビティとの間を連通し ている空気供給オリフィスの断面は大きくない。「空気供給オリフィスの断面が 大きくない」という表現は、フレームチューブ２を補助的に冷却する小孔または 小断面の流路の存在までを否定しないということを表している。

チャンバ内端部材３は、軸線ｘ−ｘ’　と平行な方向に可動であり、フレームチ ューブ２に固定された固定シート１３とともに、流路断面積を変化させるスロッ トル手段３１を構成し、これにより第１のキャビティと１次燃焼ゾーン１とを隔 てている。このように構成すると、第１のキャビティ４と１次燃焼ゾーン１とを 連通させる流路６は、フランス国特許第２．２６５．９７９号に開示されている ように、流路断面積を変化させるスロットル手段３１と一致することになる。チ ャンバ内端部材３は、バランスピストン１１に剛体固定されたスリーブ１０で構 成されている。スリーブ１０およびピストン１１は軸線ｘ−ｘ’　と同軸である 。バランスピストン１１は、第１のキャビティ４に固定されている円筒形ベアリ ング面１２中を慴動する。加圧された燃料の吸入口９は、軸線ｘ−ｘ’に垂直な 面で等間隔に離れて配置されているノズル１４で形成され、スリーブ１０におい てチャンバ内端部材３上で１次燃焼ゾーン１の方向へ分かれて開口している。

第９図および第１Ｏ図に示されている変更例では、燃料は、チャンバ内に複数の 溝１４ａを通じて導かれる。溝１４ａは、ノズル１４に類似しているが、環状の キャビティ６９上に好ましくは接線方向のオリフィス６８を介して開口している 。溝１４ａは、パージオリフィス６３を通して第１のキャビティ４とつながって いる。

環状のキャビティ６９は、シート１３の下流側でスリーブ１０の周上に連続した オリフィス７０となって開口している。オリフィス７０とキャビティ６９と溝１ ４は、ベアリング面７２に圧入されたライナ７１で囲まれている。このようにし て、ジェット１８で量を決められ且つオリフィス６３から導入された空気と予め 混合された燃料が、キャビティ６９によって均一な連続した膜にされ、連続した オリフィス７０から流出し、鋭いエツジ１０が作るスリップ−ストリーム内で燃 焼する。

補助燃焼チャンバ２４は、好ましくは、スリーブ１０の外周とシート１３との間 を通る空気とノズル１４から噴出する燃料との混合気が、フレームチューブ２内 で軸線ｘ−ｘ’の周りで回転しないように構成されている。このように構成する と、この混合気の燃料が遠心力の効果で外へ飛び出すことが防げる。

好ましい構成によれば、ノズル１４は、スリーブ１０内をほぼ放射状に延びて、 スリーブ１０の後縁２１近傍で開口するように形成されている。第２図に示すよ うに、ノズル１４は、好ましくはスリーブ１０の固定シート１３と当接する面の 下流側で開口している。

第８図に概略図が示されている改良は、スリーブ１００周上で燃料が均一に配分 できない部分がないようにして、１次ゾーン１に導入される空気と燃料との混合 気を改善することと、燃料の小滴が速度の遠心成分、すなわちフレームチューブ ２の内壁の方向へ向かう成分、を受けないようにすることを目的とする。

これは、もし燃料がこの壁に到達すると、燃焼が不完全になるからである。

この目的のために、ノズル１４は、できるだけ均等に配列され、スリーブ１０の 外側の端部に形成された溝６７の内側の壁の方向へ向いている。これにより、ノ ズル１４から噴出する小滴が速度の遠心成分を受けることを効果的に防ぐ。空気 ／燃料の混合気は、ノズル１４の排出口をスリーブ１０の外周に関して接線方向 に配置すると、さらに混合状態が均一に改善される。溝６７を環状の先端部材６ ６で、ノズル１４の排出口の上流側で延長することにより、燃料の膜の形成が促 進され、燃焼空気の流れによって、吸い込まれ、且つ噴霧される。先端部材６６ の後端は、好ましくは、鋭いエツジになっており乱流渦の形成を助長する。

第３図に概略図が示されている有利な構造によれば、バランスピストン１１は、 固定された円筒形のキャビティ１５中で摺動する液圧ピストン１７と共に機能す る。このキャビティ１５は、可変である燃圧ＰＣ２を発生する手段と、可変ジェ ット１８を介してノズル１４とにつながっている。このジェット１８は、円錐形 または円錐形に近い形であって、固定された円筒形キャビティ１５の壁に固定結 合されたニードル２３と、液圧ピストン１７に備わったオリフィス２６による流 路とが関連することで形成されている。

変更例としては、ニードル２３をピストン１７に固定結合し、オリフィス２６に よる流路を固定された円筒形キャビティ１５の壁に備えることもできる。このア ッセンブリは、可変ジェット１８の流路断面積が、円筒形キャビティ１５内のピ ストン１７の位置により変化し、スロットル手段３１の流路断面積の変化と等し い方向に変化するようになされている。

好ましくは、ピストン１７には少なくとも１箇所の凹部１９が形成されており、 圧力ＰＣ２が燃料に加わっているキャビティ１５と、可変な圧力ＰＣ２の最低値 よりも低い圧力ＰＣＲに維持されている排出キャビティ２０とを連通している。

この凹部１９によってキャビティ１５と２０とが連通されるのは、液圧ピストン が、ジェットが全開になる方向（第３図で右側の方向）の予め決められた位置を 越えて移動したときである。

第３図に概略が示されるよう、可変な燃圧を発生する手段１６は、リザーバ２８ から燃料を吸い上げ、圧力調整装置５５が装着された排出ダクト５４を介して円 筒形キャビティ１５へ排出するポンプ２７で構成されていてもよい。可変な燃圧 を発生する手段１６は、燃圧ＰＣ２が、最低値（ＰＣ２）、ｉ、、と最大値（Ｐ Ｃ２）□８゜との間で、固定ジェット６４とともに直列に接続された圧力調整装 置の流路断面積の関数として変化するよう構成されている。

バランスピストン１１は、第３図および第４図に概略が示されるよう、液圧ピス トン１７に固定結合されていても、また、第５図に概略が示されるよう、後者に 結合されていなくてもよい。

以下、これら２種類の配置について説明する。

第４図に示す、バランスピストン１１が液圧ピストン１７に固定結合されている 第１の配置例によると、バイパスバイブ３０は、２本の支線２９および４５に分 岐する。第１の支線２９には第１のスロットル手段３１が設けられ、補助燃焼チ ャンバ２４０１次ゾーン１に空気を供給する第１のキャビティ４にコンプレッサ ３８の空気排出口３７をつなげている。第２の支線４５は、補助燃焼チャンバ２ ４の２次希釈ゾーン５に空気を供給する第２のキャビティ７にこの空気排出口３ ７をつなげている。流路断面積を変化させる第２のスロットル手段４６が、第２ の支線４５の機関３５の動作燃焼室２５の排気口４２とつながっている部分の上 流側に設けられている。第２のスロットル手段４６は、第２のスロットル手段４ ６の上流側の主な圧力Ｐと同方向に変化する、より詳細には、圧力Ｐと標準圧力 Ｐ９との間の差に比例した差圧△Ｐが発生するよう動作することが有利である。

第２のスロットル手段４６は、第４図に有利な構成が示されている制御手段４７ によって動作させられてもよい。

この目的のために、制御手段４７は、第２のスロットル手段４６のそれぞれ上流 および下流における主圧力に反応し、第２のスロットル手段４６により生じる差 が圧力Ｐの関数で、好ましくは、圧力Ｐと同方向に変化するように適応させであ る。圧力Ｐは、コンプレッサ３８の空気排出口３７をタービン４１のガス取入口 ４０につなぐ回路の任意の点における主圧力である。好ましくは、第２のスロッ トル手段４６により発生する差圧ΔＰが前記圧力Ｐと標準圧力Ｐ１との間の差に 比例している。このような制御手段４７は、フランス国特許第２．１．７９．３ １０号、第２．２２２．５３７号および第２．３０８．７９２号に開示されてい る。また、制御手段４７は、第２のスロットル手段４６につながるロッド５６上 に装着された２個のピストン５７および５８を具備し、ピストン５７の断面積は 、ピストン５８の断面積よりも小さい。２個のピストン５７および５８は、途中 で内径が変わるシリンダ５９内で動くようになっている。２個のピストン５７． ５８０間に位置するシリンダ５９の中央部はダクト６０を介して支線２９に連通 している。途中で内径が変わるシリンダ５９の大きい径のピストン５８の側の終 端部は、ダクト６１を介して第２のスロットル手段４６の下流側の支線４５と連 通している。

これに対して、途中で内径が変わるシリンダ５９の他方の終端部、すなわち小さ い径のピストン４７の側は、はぼ標準圧力ＰＩのチャンバ６２と連通している。

この構成により、スロットル手段４６は、差圧△Ｐが圧力差（Ｐ−Ｐ”　）のに 倍に等しいときに釣り合う。この場合には、比例定数で、２個のピストンを相互 に連結するロッド５６の径を無視すると、小径のピストン５７の断面積と大径の ピストン５８の断面積の比に等しい。

このように、フランス国特許第２．２６５．９７９に従って、補助燃焼チャンバ ２４０１次燃焼ゾーン１は、常に差圧△Ｐになっており、これにより、このチャ ンバ２４のあらゆる動作状態で、適正な乱流、適正な燃料供給および適正な冷却 が行われる。

さらに、キャビティ７が動作燃焼室２５の排気口４２およびバイパスバイブ４０ の第２の支線４５と連通していることにより、希釈チューブ６５は、常にその外 壁がダクト４５および４２を流れる空気流およびガス流で冷却される。この空気 流およびガス流の総量は、機関３５０回転数とは実質的に関係ない。

第５図に示す、バランスピストン１１が液圧ピストン１７に結合されていない第 ２の配置に従うと、バイパスバイブ３０は分岐せず、第２のスロットル手段４６ は第１のスロットル手段３１が兼ねている。この場合、後者は、例として第５図 に概略が示されているように、第１のスロットル手段３１の効果と第２のスロッ トル手段４６の効果を統合するように構成されている。バランスピストン１１は 、円筒形部材１２中で第１のスロットル手段３１が開く方向、すなわち第５図で 右の方向へは、自由に慴動し、スロットル手段３１が閉じる方向に動かされたと きは、液圧ピストン１７と一体の当接部３２が押されてこのピストン１７と共に 動く。バランスピストン１１のスリーブ１０と反対側の側面３３は、円筒形の固 定ベアリング面１２とともに、はぼ標準圧力Ｐ”にあるキャビティ３４を形成し ており、前述で定義した圧力Ｐにある第１のキャビティ４からは分離されている 。このアッセンブリは、スロットル手段３１により発生する差圧が、バランスピ ストン１１が当接部点３２を押していないときは、空気圧Ｐと標準圧力Ｐ１との 差に比例するよう構成されている。

第４図および第５図の場合、標準圧力Ｐ″は、予め決められた法則に従う空気圧 Ｐの関数の変数であることが好ましい。第６図に示されるように、この法則は、 標準圧力Ｐ９のチャンバ６２を、第１の固定オリフィスＧ１を介して圧力Ｐのキ ャビティ４に接続し、また、第２の固定オリフィスＧ２およびばねでバイアスが かけられたチェックバルブを具備する第３のオリフィスＧ３を並列に介して大気 に接続することで実現するのが有利である。

第３のオリフィスＧ３が具備するチェックバルブは、標準圧力Ｐ０が、予め決め られた閾値を超えそうになるときのみ開く。

第７図に示された重要な改良に従うと、チャンバ内端部材３中に、１次燃焼ゾー ン１に開口し、スリーブ１０の軸ｘ−ｘ’上に配置された燃料噴霧器４９で主に 構成される予燃焼ゾーン４８が具備されるよう変更されている。この燃料噴霧器 ４９は、常に燃圧発生手段１６（最大圧力ＰＣＩに固定されている）に通じてお り、第７図に示されるよう軸ｘ−ｘ’　に同軸で噴霧器４９をの周りを囲んでい る第３のキャビティ５０に開口している。第３のキャビティ５０は、第１のキャ ビティ４と複数の固定されたオリフィス（すなわち、流路断面積が固定されてい る）５１で通じている。オリフィス５１は、第３のキャビティ５０で接線方向に 開口していることが好ましい。このオリフィス５１は、補助燃焼チャンバ２４の あらゆる動作状態のもとで、噴霧器４９から常に導入される燃料が完全燃焼する のに必要な空気が通過できるよう大きさが決められている。予燃焼ゾーン４８は 、前記点火手段５２を具備することが有利であり、スリーブ１０中で噴霧器４９ により導入される燃料の近傍に配置されている。

最後に、第３のキャビティ５０によるチャンバ内端部材３は、耐火性の材料の２ 重壁５３で構成されることが好ましい。噴霧器４９により常に導入される燃料が 内部で燃焼するように改造された２重壁５３は、予燃焼ゾーン４８が動作した直 後から６００℃以上の高温が続くようになっている。この２重壁５３は、このよ うに高温部を構成し、予燃焼ゾーン４８の火が偶発的、瞬間的に消えた場合、自 動的に噴霧器４９から導入された燃料の燃焼を再開させる。

既に簡単に説明したように、シート１３の下流側にノズル１４を開口させること により、燃料の供給が止まったとき（スリーブ１０がシート１３に圧着し且つ第 ７図の主予燃焼ゾーンは自己燃焼効果で燃焼している場合）に、ノズル１４を浄 化することができる。これは、オリフィス６３がノズル１４に燃料を導く流路を 第１のキャビティ４に連通させるためでる。この浄化は、第２のスロットル手段 ４６（第４図）または第１のスロットル手段３１（第５図）により行われ、オリ フィス６３を介してチャンバ内端部材３０両側に作用する圧力の差だけで行われ る。このオリフィス６３は、スリーブ１０（第３図および第７図）またはピスト ン１１（第２図）にシート１３の上流側で形成されていて、ノズル１４を第１の スロットル手段３１の上流側の空気圧Ｐ（キャビティ４）と連通している。この オリフィス６３は、空気と噴射された燃料との混合を助長する。閉じている位置 （待機状態）でチャンバ２４を介して空気が漏れるのを減少させたい場合には、 スリーブ１０がシート１３に当接しているときに、オリフィス６３が円筒形ベア リング面１２によって覆われるように配置することもできる。

このような過給機関３５と補助燃焼チャンバ２４は以下のように運転される。

１、点火および口火の維持（例えば、第３図および第７図による）。

燃圧発生手段１６．２７が運転され、中央噴霧器４９へ燃料が直接送られる。点 火手段（スパークプラグ）５２が作動される。噴霧器４９の噴霧がよい状態なら ば、直ちに口火が点火し、機関の運転のうちに偶発的に消えた場合でも、２重壁 ５３（第７図）が備えられているので非常に迅速に再点火される。

２、補助燃焼チャンバ２４の主要部の点火。

燃圧発生手段１６が開き、キャビティ１５に最大噴射圧ＰＣ２が加わり、それに よりシート１３ａスリーブ１０との間の流路が開く。

同時に、ターボコンプレッサ３６（第１図）が、適当な方法で回され、コンプレ ッサ３８で発生する空気圧Ｐが増加し、バイパスパイプ３０を通ってくる空気で チャンバ２４は満たされる。

開いている状態では、チャンバ２４は、可変ジェット１８を開ける。噴射圧力が 最大になり、可変ジェット１８の流路断面積も最大になるとき、ノズル１４から 噴射される燃料の流量も最大になる。

３、主燃料の流量の可変制限（第３図）ターボコンプレッサ３６は慣性があるた め過熱の危険がある。

実際、チャンバ２４（全開状態である）内の空気圧Ｐは、過供給や立ち消え（混 合気が濃すぎるための立ち消え）を起こすような最大流量の燃料が燃焼できるよ うな最大空気流量になっていない。

チャンバ２４が開いているときは、液圧ピストン１７は凹部１９を露出させ、燃 圧ＰＣ２のキャビティ１５を戻し圧ＰＣＲ（圧力ＰＣＲは、圧力ＰＣ２の最小値 よりも低い）のキャビティ２０に連通している。従って、調整オリフィス６４を 介して圧力ＰＣ２が低下する。調整オリフィス６４は、液圧ピストン１７を引き 戻し、ジェット１８を閉じ、噴射される燃料の流量を減少させる。液圧ピストン １７が戻ると凹部１９の一部が隠れ、液圧ピストン１７に作用する燃圧ＰＣ２と 、バランスピストン１１に加わる空気圧とが釣り合う。このようにして、燃圧Ｐ Ｃ２は、空気圧Ｐに比例して増加し、ターボコンプレッサ３６が加速している間 の過熱を防ぐ。後者は、空気圧Ｐが、圧力調整装置５５によって決定される燃料 噴射圧力ＰＣ２と釣り合う値に達するまで加速し、そのとき凹部１９が完全に閉 じる。圧力調整装置５５を操作することにより、空気圧Ｐを所望の値に調整する ことができる。

４、バイパスパイプ３０が分岐している場合（第４図）において機関が回転して いるときの操作。

４．１内燃機関出力の増加 機関３５に負荷をかけたときには、動作燃焼室２５から排気口４２へ流出するガ スの温度は上昇する。このガスは、キャビティ７へ入り、ボート２２の作用で、 補助燃焼チャンバ２４０１次ゾーンからのガスと混合される。タービン４１に入 るガスのエネルギは増加し、空気圧Ｐの上昇を引き起こし、そのためバランスピ ストン１１の釣り合いが崩れる。チャンバ２４の内端部材３は、新しい釣り合い となるまで後退して、スロットル手段３１と可変ジェット１８とを閉じる。

燃圧調整装置５５は、燃圧ＰＣ２としての値、従って、ピストン１１を釣り合わ せる値にすることができることに注意されたい。

これによって、空気圧Ｐの値、従って、機関３５の空燃比を容易に調節すること ができる。

４．２機関の加速 機関３５が加速すると、コンプレッサ３８からバイブ３７へ排出すれる空気流の うち機関３５が吸気する割合が増加し、バイパスパイプ３０の支線４５の空気流 が減少する。第２のスロットル手段４６０前後の圧損ΔＰは減少し、これにより 、差動ピストン５７．５８の釣り合いが崩れる。後者は、釣り合いを回復する位 置まで移ＰはＰの値に対応する初期値に戻る。

このように、チャンバ２４の動作は加速に影響されない。所定の空気圧Ｐにより 、チャンバ２４の内端部材３は所定の位置になり、従って、第１のスロットル手 段３１の流路断面積が等しくなり（この値は第２のスロットル手段４６によって 調整される）、スロットル手段３１による圧損値が等しくなり、従って、空気流 量が等しくなり、燃料流量が等しくなり、最終的に空気と燃料の間の比が等しく なる。

５、バイパスパイプ３０が分岐していない場合（第５図）において機関が回転し ているときの操作。

５．１機関の減速と加速 減速時には、コンプレッサ３８から排出される空気のうち、機関３５が吸気する 割合が減少する。バイパスパイプ３０の空気流量は増加し、ピストン１１に装着 されているスリーブ１０の釣り合いが崩れる。実際、自由に動くとき、すなわち 、接点３２を押していないときのスリーブ１０の釣り合いは以下のようになる： Ｓは、スリーブ１０の外径であり、 Ｓは、バランスピストン１１の直径であり、δは、接点３２を備えるピストン１ ７のロッドの直径である。

減速の場合、ピストン１１は、再び以下の釣り合いとなるまで、第５図で右の方 向へ自由に動く： △Ｐ＝ｋ（Ｐ−Ｐ”） 加速の場合、ピストン１１は、第５図で左の方向（チャンバ２４が閉じる）へ接 点３２で止まるまで動く。

５．２出力の増加 出力は、４．１で説明したよう１こ増加する。

空気圧Ｐが増加すると、液圧ピストン１７、従って、当接８３２が後退する。空 気流量（スロットル手段３１）と燃料流量（ジェノうｃｙ：に り ７ｃ７．ｙ−Ａ 国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ＋１８００３８５ ＳＡ　２３７２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コンプレッサ（３８）の空気排出口（３７）が、内燃機関（３５）の動作燃 焼室（２５）の吸気口（３９）と、流路断面積が可変であるスロットル手段（３ １）を備えたバイパスパイプ（３０）とに連通しており、タービン（４１）のガ ス取入口（４０）が前記動作燃焼室（２５）の排気口（４２）と、バイパスパイ プ（３０）の前記スロットル手段（３１）の下流側とに連通しており、さらに、 フレームチューブ（２）とチャンバ内端部材（３）とで形成され且つ上記バイパ スパイプ（３０）に連結された第１のキャビティ（４）と連通した１次燃焼ゾー ン（１）と、 前記１次ゾーン（１）の下流側に位置し、上記動作燃焼室（２５）の排気口（４ ２）に接続された第２のキャビティ（７）と連通し且つガス排出口（８）がター ビン（４１）のガス取入口（４０）と連通している２次希釈ゾーン（５）と、 前記チャンバ内端部材（３）中に設けられ且つ１次燃焼ゾーン（１）に向かって 開口している加圧された燃料の取入口（９）と、前記燃料取入口（９）から導入 された燃料の点火手段（５２）と、を有するターボコンプレッサ（３６）で過給 される内燃機関（３５）の補助燃焼チャンバ（２４）において、 （ａ）上記１次燃焼ゾーン（１）が一つの軸線（Ｘ−Ｘ′）を中心とした回転体 の形状をしており、 （ｂ）この１次燃焼ゾーン（１）を規定している上記フレームチユーブ（２）が 上記軸線（Ｘ−Ｘ′）と同軸で平滑な円筒形および／または円錐台形の形をして おり、この１次ゾーン（１）と上記第１のキャビティ（４）とを連結する空気供 給孔の断面積は縮小されており （ｃ）上記チャンバ内端部材（３）は、上記軸線（Ｘ−Ｘ′）と平行な方向に可 動であり、しかも、上記の流路断面積が可変であるスロットル手段（３１）を形 成するように、上記フレームチューブ（２）と一体な固定シート（１３）と共に 、上記第１のキャビティ（４）と上記１次燃焼ゾーン（１）とを区切っており、 さらに、このチャンバ内端部材（３）は上記軸線（Ｘ−Ｘ′）と同軸なバランス ピストン（１１）と一体のスリーブ（１０）で構成されており、このバランスピ ストン（１１）は上記第１のキャビティ（４）の壁と一体な円筒形ベアリング面 （１２）中を摺動し、（ｄ）上記の加圧された燃料の取入口（９）が、前記スリ ーブ（１０）内で１次燃焼ゾーン（１）の方向に開口した少なくとも１個のノズ ル（１４）によって構成されていることを特徴とする補助燃焼チャンバ。 ２．上記スロットル手段（３１）を通過する空気流によって、前記空気流と混合 された燃料が遠心力効果によって前記軸線（Ｘ−Ｘ′）を中心とする回転運動で 外側へ放出されないようになっていることを特徴とする請求項１に記載の補助燃 焼チャンバ。 ３．上記ノズル（１４）むが少なくとも上記スリープ（１０）中でほぼ放射方向 に延び、前記スリーブ（１０）の後端（２１）近傍で開口していることを特徴と する請求項１または２に記載の補助燃焼チャンバ。 ４．上記ノズル（１４）が固定シート（１３）の所で上記スリープ（１０）の下 流側に開口していることを特徴とする請求項３に記載の補助燃焼チャンバ。 ５．上記バランスピストン（１１）が、可変な熱圧（ＰＣ２）発生手段（１６） と連通した円筒形の固定キャビティ（１５）中を摺動する液圧ピストン（１７） と共働し且つニードル（２３）とオリフィス（２６）の２つの要素によって構成 される可変ジェット（１８）を介して上記ノズル（１４）とと共働し、上記２つ の要素の一方は上記液圧ピストン（１７）に、また、その他方は上記の円筒形の 固定キャビティ（１５）にそれぞれ固定されていて、上記可変ジェット（１８） の流路断面積が上記の流路断面積が可変であるスロットル手段（３１）と同じ方 向に変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の補助燃焼チ ャンバ。 ６．可動液圧ピストン（１７）が少なくとも１つの凹部（１９）を有し、この凹 部（１９）が、可変な燃圧（ＰＣ２）において、上記の円筒形の固定キャビティ （１５）をこの可変な燃圧（ＰＣ２）の最低値以下の圧力（ＰＣＲ）に維持され ている排出キャビティ（２０）と連通させており、これら両方のキャビティ（１ ５）と（２０）の連通は、上記可動液圧ピストン（１７）が上記可変ジェット（ １８）が全開する方向に前進した所定の位置を越えた時に、行われることを特徴 とする請求項５に記載の補助燃焼チャンバ。 ７．上記バランスピストン（１１）が上記液圧ピストン（１７）に剛体結合され ており、 上記バイパスパイプ（３０）が２本の支線（２９および４５）に分岐されており 、 このバイパスパイプ（３０）の第１の支線（２９）は、コンプレッサ（３８）の 空気排出口（３７）を燃焼チャンバ（２４）の１次燃焼ゾーン（１）の第１の供 給キャビティに連通しており、このバイパスパイプ（３０）の第２の支線（４５ ）は、前記空気排出口（３７）を燃焼チャンバ（２４）の２次希釈ゾーン（５） の第２の供給キャビティ（７）に連通しており、 この第２の支線（４５）はさらに流路断面積が可変な第２のスロットル手段（４ ６）を有し、この第２のスロットル手段（４６）は上記第２のキャビティ（７） との連通部分の上流側畳つ上記内燃機関（３５）の動作燃焼室（２５）の排気口 （４２）との連通部分の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１〜６ のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 ８．流路断面積が可変な上記第２のスロットル手段（４６）が、その上流側と下 流側の各々に生じている圧力に応答する制御手段（４７）によって駆動され、上 記圧力は、前記第２のスロットル手段（４６）により生じる差圧がコンプレッサ （３８）の空気排出口（３７）をタービン（４１）のガス取入口（４０）に連結 している回路の任意の点に加わる空気圧（Ｐ）のみの関数として変化し、この空 気圧（Ｐ）が好ましくは上記差圧と同じ方向に変化することを特徴とする請求項 ７に記載の補助燃焼チャンバ。 ９．第２のスロットル手段（４６）により生じる差圧（ΔＰ）が前記空気圧（Ｐ ）と標準圧力（Ｐ°）との差に比例することを特徴とする請求項８に記載の補助 燃焼チャンバ。 １０．上記バランスピストン（１１）が上記液圧ピストン（１７）とは分離され ていて、上記円筒形の固定ベアリング面（１２）中で上記スロットル手段（３１ ）の開く方向に自由に摺動し、上記スロットル手段（３１）が閉じる方向に動く 場合には、液圧ピストン（１７）と一体の当接部（３２）と当接して、上記液圧 ピストン（１７）と一緒に動作し、上記バランスピストン（１１）のスリーブ（ １０）Ｇと反対側の面（３３）が、上記の円筒形の固定ベアリング面（１２）と 共に、標準圧力（Ｐ°）を有するキャビティ（３４）を構成し、このキャビティ （３４）は、コンプレッサ（３８）の空気排出口（３７）とタービン（４１）の ガス取入口（４０）とを連結している回路上の任意の点に加わっている空気圧（ Ｐ）を有する上記キャビティ（４）とは分離されており、上記バランスピストン （１１）が液圧ピストン（１７）と一体な上記当接部（３２）を押していないと きには、上記の流路断面積が可変なスロットル手段（３１）により生じる差圧（ ΔＰ）が、空気圧（Ｐ）と標準圧力（Ｐ°）との差に比例するようになっている ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 １１．上記標準圧力（Ｐ°）が可変であり、予め決められた法則に従った上記空 気圧（Ｐ）の関数であることを特徴とする請求項９または１０に記載の補助燃焼 チャンバ。 １２．上記の予め決められた法則が、標準圧力（Ｐ°）にあるキャビティ（６２ ）を第１の固定オリフィス（Ｇ１）を介して空気圧（Ｐ）にあるキャビティと連 通させ、しかも、標準圧力（Ｐ°）にあるこのキャビティを第２の固定オリフィ ス（Ｇ２）とこの標準圧力（Ｐ°）が所定の閾値に達したときにのみ開く第３の 可変オリフィス（Ｇ３）を介して大気と連通させることによって求められること を特徴とする請求項１１に記載の補助燃焼チャンバ。 １３．チャンバ内端部材（３）中に設けられた予燃焼ゾーン（４８）が前記１次 ゾーン（１）に向かって開口しており、この予燃焼ゾーン（４８）が、上記スワ ーブ（１０）の前記軸線（Ｘ−Ｘ′）上に設けられ且つ上記燃圧発生手段（１６ ）に常に接続されている燃料噴霧器（４９）で構成されており、 この燃料噴霧器（４９）は、前記軸線（Ｘ−Ｘ′）と同軸で且つ前記噴霧器（４ ９）の先端を取り囲んでいる第３のキャビティ（５０）中に開口しており、 この第３のキャビティ（５０）は、接線方向または一部か接線方向に配置されて いる固定オリフィス（５１）を介して上記第１のキャビティ（４）に連通してお り、 上記固定オリフィス（５１）は、補助燃焼チャンバ（２４）の全ての動作状態に おいて、燃焼噴霧器（４９）から絶えず導入される燃料を完全燃焼させるのに必 要な空気を通過させることができるような寸法を有していることを特徴とする請 求項１〜１２のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 １４．前記予燃焼ゾーン（４８）が、燃料噴霧器（４９）を介して導入される燃 料の取入口近傍且つスリーブ（１０）内部に配置された点火手段（５２）を備え ていることを特徴とする請求項１３に記載の補助燃焼チャンバ。 １５．第３のキャビティ（５０）を規定するチャンバ内端部材が、予燃焼ゾーン （４８）が作動した後は常に６００℃以上の高温を維持するような耐火材料の２ 重壁（５３）で構成されいて、予燃焼ゾーン（４８）の火が偶発的、瞬間的に消 えた場合には、噴霧器（４９）から導入された燃料の燃焼を自動的に再開させる ことができるようになっていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の 補助燃焼チャンバ。 １６．上記ノズル（１４）が、第１のキャビティ（４）と連通したパージオリフ ィス（６３）と連結していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に 記載の補助燃焼チャンバ。 １７．上記ノズル（１４）むが溝（６７）の中に開口し、この溝（６７）が環状 の先端部（６６）によって規定されていることを特徴とする請求項１〜１６のい ずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 １８．上記請求項１〜１７のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ（２４）を 備えた、ターボコンプレッサ（３６）のコンプレッサ（３８）の空気排出口（３ ７）が内燃機関（３５）の動作燃焼室（２５）の吸入口（３９）とバイパスパイ プ（３０）とに連通され、上記ターボコンプレッサ（３６）のタービン（４１） のガス取入口（４０）が前記動作燃焼室（２５）の排気口（４２）と前記バイパ スパイプ（３０）とに連通され、上記補助燃焼チャンバ（２４）が前記バイパス パイプ（３０）に装着され、このバイパスパイプ（３０）にはスロットル手段（ ３１）が設けられていることを特徴とするターボコンプレッサ（３６）によって 過給される内燃機関。